JP3579379B2 - Medical manipulator system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用マニピュレータシステムに係り、特に、動作範囲が広く、機構単純で、軽量で操作性に優れた支持装置から構成される医療用マニピュレータシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、胆嚢摘出手術などの腹腔鏡下手術においては、図12に示すように、患者150の腹部に小さな穴151,152,153をいくつかあけ、それらにトラカール154を取り付け、トラカール154を介して、それらの孔に内視鏡161、鉗子171、172などを挿入し、術者(通常、外科医)160が内視鏡161の映像をモニタ162で見ながら手術を行っている。このような手術方法は、開腹を必要としないため、患者への負担が少なく、術後の回復や退院までの日数が大幅に低減される。このため、このような手術方法は、適用分野の拡大が期待されている。
【0003】
前述の腹腔鏡下手術は、患者150への負担が少ないという点で優れた手術方法であるが、トラカール154を通過しての制約された動作しかできない。また、鉗子171、172には、開閉するグリッパしか設けられておらず、グリッパの姿勢を自在に変えることは困難で、操作性に乏しい。以上の要因により、前述の手術方法で適切な処置を行えるのは、熟練した術者に限られている。また、手術方法に熟練するまでには、非常に長期間を要する。
【0004】
このような問題点を解決するために、本発明者らは、図13に示すような、操作指令部20と、一端側が前記操作指令部20に接続された連結部21と、前記連結部21の他端側に接続された作業部22と、を備えた医療用マニピュレータ1を提案している。医療用マニピュレータ1は、不動点23を有するように、支持装置2によって支持されている。
【0005】
支持装置2の構成は以下の通りである。医療用マニピュレータ1は、水平回転部105および円弧ガイド106により2軸回りに回転自在に支持されているとともに、連結支持部24を介して挿入方向(直動)とその軸回りに支持されている。術者は、操作指令部20を直接操作することで作業部21の位置・姿勢を誘導することが可能である。
【0006】
また、図14乃至図16に、医療用マニピュレータ1を支持するための従来の支持機構を図示する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
連結部21は、不動点23を中心に極座標系(2回転軸と1直動軸)に支持され、さらに連結部21の軸回りに回転可能に支持されているため、合計4自由度で支持されていることになる。この自由度を実現する方法として、基本的には、図14〜図16に示すように、回転軸、円弧ガイド、平行リンクなど直動軸(挿入方向)を組み合わせた方式が採用されている。
【0008】
しかし、挿入方向の動作範囲が少ないという問題がある。操作部20が挿入方向に動かせる範囲は、連結支持部24(図13中矢印30まで)までであり、不動点23から連結支持部24まではデッドスペースとなる。このため、作業部22の作業領域を十分確保するためには、連結部21の長さを長くしなければならない。このため、医療用マニピュレータ1が不用意に大きくなり、操作性を低下させる原因となる。不動点23から連結支持部24までの距離を短くするという方法も考えられるが、その場合、質量の集中している操作部20からの距離が長くなり、連結支持部24にかかるモーメント荷重が非常に大きくなり、機構上好ましくない。
【0009】
また、術者160の操作性を向上するためには、医療用マニピュレータ1の重力補償を行うことが必要である。重力補償を行う方法としては、各関節軸にカウンタウエイトやばね、アクチュエータを配置する方法が一般的である。従来の方法では、重力の影響を受ける直動方向(挿入方向)と、極座標系の2回転軸方向またはその一方の1回転軸方向とに対する合計2方向ないし3方向の重力補償が必要であった。従って、機構が複雑になり、また、質量が大きくなるという問題があった。さらに、連結支持部24に対して挿入方向に対する重力補償が、動作範囲やスペースの観点から非常に困難であった。
【0010】
さらに、一般的に直動軸や円弧ガイド軸は回転軸に対して摩擦力が大きく、術者が操作する場合の操作力が大きいため、医療用マニピュレータ1の操作性を低下させてしまうことになる。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、動作範囲が広く、機構単純で、軽量で操作性に優れた医療用マニピュレータシステムを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成させるために、本発明の医療用マニピュレータシステムは、マニピュレータとこのマニピュレータを固定部に対し移動可能に支持する支持装置とを備える医療用マニピュレータシステムであって、前記マニピュレータは、操作指令部と、一端側が前記操作指令部に接続された連結部と、前記連結部の他端側に接続された作業部と、を有し、前記支持装置は、前記固定部から前記マニピュレータに至る第1の関節軸と第2の関節軸と第3の関節軸と第4の関節軸と第5の関節軸と第6の関節軸からなる6個の自由度を備えた6関節部を有し、前記第4の関節軸と前記第5の関節軸と前記第6の関節軸とは一つの交差点で交差し、前記第6の関節軸の方向と前記連結部の軸方向とは一致しており、前記交差点は前記連結部に位置し、前記支持装置は前記交差点で前記マニピュレータを前記連結部を介して支持しており、前記マニピュレータは、前記連結部が前記交差点と前記他端との間の位置において患部に設定されるトラカールに支持されて、使用されることを特徴とする。
【0013】
また、前記6関節部は、前記固定部に対し水平方向に回転可能に支持された第1の回転軸と、前記第1の回転軸の出力軸側に固定された第1アームと、前記第1アーム先端部に水平方向に回転可能に支持された第2の回転軸と、前記第2の回転軸に対して直交方向に回転可能に支持された第3の回転軸と、前記第3の回転軸の出力軸側に固定された第2アームと、前記第2アーム先端部に前記第2アーム長手方向が回転軸となるように回転可能に支持された第4の回転軸と、前記第4の回転軸に対して直交方向に回転可能に支持された第5の回転軸と、前記第5の回転軸に対して直交方向に回転可能に支持された第6の回転軸とを備えることを特徴とする。
【0014】
また、前記第3の回転軸にマニピュレータの重さに対し重さ均衡を図るための重力補償機構部を設け、前記第1アームは前記第1の回転軸側から前記第2の回転軸側に向かって上方へ傾斜していることを特徴とする。
【0015】
また、前記第1の関節軸と前記第2の関節軸と前記第3の関節軸に、または前記第1の関節軸と前記第2の関節軸と前記第3の関節軸と前記第6の関節軸に、トルク制御機構または回転制動機構を設けたことを特徴とする。
【0016】
また、マニピュレータとこのマニピュレータを固定部に対し移動可能に支持する支持装置とを備える医療用マニピュレータシステムであって、前記支持装置は、前記固定部に対し水平方向に回転可能に支持された第1の回転制御軸と、前記第1の回転制御軸の出力軸側に固定された第1アームと、前記第1アームの先端部に水平方向に回転可能に支持された第2の回転制御軸と、前記第2の回転制御軸に対して直交方向に回転可能に支持された第3の回転制御軸と、前記第3の回転制御軸の出力軸側に固定された第2アームと、前記第2アームの先端部に前記第2アームの長手方向が回転軸となるように回転可能に支持された第1の回転受動軸と、前記第1の回転受動軸に対して直交方向に回転可能に支持された第2の回転受動軸と、前記第2の回転受動軸に対して直交方向に回転可能に支持された第4の回転制御軸と、を有し、前記マニピュレータは、一端側が前記第4の回転制御軸の出力側に固定された連結部と、前記連結部の他端側に接続された作業部と、を有し、前記第1の受動軸と前記第2の受動軸と前記第4の回転制御軸とは一つの交差点で交差し、前記第4の回転制御軸の方向と前記連結部の軸方向とは一致しており、前記交差点は前記連結部に位置し、前記支持装置は前記交差点で前記マニピュレータを前記連結部を介して支持しており、前記マニピュレータは、前記連結部が前記交差点と前記他端との間の位置において患部に設定されるトラカールに支持されて、使用されることを特徴とする。
【0017】
本発明によれば、マニピュレータは極座標系構成の支持機構に支持されておらず、連結支持部を介して挿入方向(直動)とその軸回りに支持する構成を採用せず、支持装置は、固定部からマニピュレータに至る6個の移動自由度を備えた6関節部を有するので、動作範囲が広くでき、また、重力補償が容易な構成が可能になり、機構が単純で軽量で操作性に優れるようにできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明の医療用マニピュレータシステムは、医療用マニピュレータとこの医療用マニピュレータを固定部に対し移動可能に支持する支持装置とを備えている。
【0019】
図1、図2は、本発明の第一の実施の形態による医療用マニピュレータシステムの構成を示す斜視図と自由度配置図である。図3、図4は本発明の第二の実施の形態による医療用マニピュレータシステム1の構成を示す斜視図と自由度配置図である。図5、図6は本発明の第三の実施の形態による医療用マニピュレータシステム1の構成を示す斜視図と自由度配置図である。図7に本発明の第三の実施の形態を例に、手術時のイメージ図を示す。術者は、医療用マニピュレータ2の操作部20を握って、患者150の腹腔内で作業部22の位置と姿勢を操作して手術を行う。
【0020】
図1〜図6に示すように、本発明の第一、第二及び第三の実施形態による医療用マニピュレータシステムは、操作指令部20と、一端側が操作指令部20に接続された連結部21と、連結部21の他端側に接続された作業部22とを備えた医療用マニピュレータ2と、医療用マニピュレータ2を固定部10に対し移動可能に支持する支持装置2とから構成される。支持装置2は、固定部10からマニピュレータ2に至る第1の関節軸101と第2の関節軸102と第3の関節軸103と第4の関節軸104と第5の関節軸105と第6の関節軸106からなる6個の移動自由度を備えた6関節部を有する。
【0021】
第一の実施形態においては、第1の関節軸101は直動軸によって構成されている。これに対し、第二、第三の実施形態では、6関節部の各々の関節軸は摩擦力の大きい直動軸はなく回転軸のみで構成されており、このため、より軽い操作力で医療用マニピュレータシステムを操作することが可能になる。
【0022】
本発明の第一、第二及び第三の実施形態例によると、支持装置2は、第1〜6の関節軸101〜106から構成されるが、医療用マニピュレータ1は基本的にトラカール154部分で支持され動作が制約されていることになる。このため、連結部21は、不動点23を中心に極座標系(2回転軸と1直動軸)に支持されさらに連結部21の軸回りに回転可能に支持されている従来の場合と同様に、合計4自由度で支持されていることになる。
【0023】
極座標系の機構で支持した場合の連結支持部24(図13参照)が無いため、連結部21の挿入方向の動作範囲を十分広く取ることが可能である。
【0024】
また、カウンタウエイト16(図1には図示せず)を支持装置2の先端部側ではなく、例えば図3に示すように支持装置2のアーム側ないし根元側に配置することが可能なため、連結部21の挿入方向の動作範囲を損なうことなく、より重力補償を簡単に行うことが可能である。
【0025】
さらに、第4の関節軸104と第5の関節軸105と第6の関節軸106の回転軸は一点で交わる構成としている。必ずしも1点で交わる必要はないが、一致させることで、オフセットから生じる回転トルクにより操作性を低下させることを防ぐことができる。
【0026】
次に、第三の実施形態について具体的に説明する。
図5、図6に示すように、本発明の第三の実施形態による医療用マニピュレータシステムの支持装置2の6関節部は、固定部10に水平方向に回転可能に支持された第1の回転軸(第1の関節軸)101と、第1の回転軸101の出力軸側11に固定された第1アーム12と、第1アーム12の先端部13に水平方向に回転自在に支持された第2の回転軸(第2の関節軸)102と、第2の回転軸102に対して直交方向すなわち鉛直方向に回転可能に支持された第3の回転軸(第3の関節軸)103と、第3の回転軸103の出力軸側に固定された第2アーム14と、第2アーム14の先端部15に第2アーム14の長手方向が回転軸となるように回転自在に支持された第4の回転軸(第4の関節軸)104と、第4の回転軸(第4の関節軸)104に対して直交方向に回転自在に支持された第5の回転軸(第5の関節軸)105と、第5の回転軸105に対して直交方向に回転自在に支持された第6の回転軸(第6の関節軸)106とを備えている。
【0027】
また、第6の回転軸106の方向と連結部21の軸方向とが一致している。
【0028】
医療用マニピュレータ1を支持する場合、医療用マニピュレータ1の質量や支持装置2自身の質量を支持する必要がある。通常カウンタウエイトやばねを用いる場合が多いが、カウンタウエイトが大きい場合、慣性力が大きくなり、操作性が悪くなる。ばねも大きい場合、スペース上の制約が生じたり、システムが大型化してしまうことになる。第一の実施形態の場合、第1の関節軸101について重力補償する必要があるため、医療用マニピュレータ1の質量のほか支持装置2の可動部全体の質量を支持する必要がある。第二の実施形態の場合、第2の回転軸102及び第3の回転軸103を介して重力方向に上下動させるので、第2の回転軸102及び第3の回転軸103について重力補償する必要がある。このため、医療用マニピュレータ1の質量のほか支持装置2のアーム部分全体の質量を支持する必要がある。また、第1の回転軸101からの回転半径も大きいため、補償するべきトルクが大きくなる。
【0029】
これに対し、第三の実施形態によると、第3の回転軸103のみを介して重力方向に上下動させるので、第3の回転軸103について重力補償すればよい。支持するべき質量は、医療用マニピュレータ1そのものの質量のほか、比較的質量の小さい先端部(第4軸の回転軸104、第5軸の回転軸105及び第6の回転軸106)のみでよい。また、回転半径は、第1の回転軸101から考慮する必要はなく第2の回転軸102から考慮すればよいので、補償するべきトルクも小さいトルクでよい。従って、カウンタウエイトによる慣性力の増加分が少なく、第二、第三の実施例に比べ、操作性が非常に良くなる。ばねを用いる場合も、より小さなばねで重力補償することが可能である。
【0030】
第三の実施形態では、第1アーム12を第1の回転軸101側から第2の回転軸102側に向かって上方へ数10度程度斜めにしている。これにより、カウンタウエイト16部分が第1アーム12と干渉することがなくなり、第3の回転軸103の動作範囲を広く取ることが可能となる。
【0031】
次に、医療用マニピュレータ1の構成を、図8、図9に示す。操作指令部20と、一端側が前記操作指令部20に接続された連結部21と、前記連結部21の他端側に接続された作業部22とを備えている。医療用マニピュレータ1は、2つの回転軸(ピッチ軸23とロール軸24)とグリッパ軸25から構成されている。
【0032】
操作部20のロール軸24回り、ピッチ軸23回り、連結部21の軸回りにそれぞれの重心を回転軸上に配置することで、作業部22の位置を保持するだけでなく、姿勢についても保持することが可能である。
【0033】
なお、医療用マニピュレータ1の軸構成は、必ずしも図8、図9に示す構成である必要はない。
【0034】
さらに、第1〜第3の回転軸101,102,103に、またはさらに第6の回転軸106に、アクチュエータ、ブレーキ機構、機能性流体などのトルク制御機構ないし回転制動機構を備え、保持トルクを発生させることで、作業部22の位置を、またはさらに姿勢を固定的に支持することも可能である。この場合、重力以外の外力が生じた場合でも、作業部22が不必要に動作することを防止できる。
【0035】
さらには、第1〜第3の回転軸101,102,103を制御することで、作業部22を所定の軌跡のみを誘導できるように制御したり、所定の領域のみを誘導できるように制御することが可能である。誘導する方向に積極的にアクチュエータのトルクを発生させて術者の操作力を軽減させることも可能であるが、安全性をより考慮すると、所定の軌跡ないし所定の領域以外に作業部がある場合や、所定の軌跡ないし所定の領域以外へ誘導させようとした時は、所定の軌跡ないし所定の領域へ戻されるようなトルクを発生させることも可能である。
【0036】
また、操作力を意図的に重たくしたり軽くしたり、任意にコントロールすることも可能である。
【0037】
医療用マニピュレータ1と支持装置2は、容易に着脱可能な構成とすることが望ましい。これにより、医療用マニピュレータ1のみの使用と、必要に応じて支持装置2と組み合わせた使用とが可能となる。この着脱は、図8に示すように、医療用マニピュレータ1と支持装置2を分離する方法のほか、第6の回転軸106まで含めて着脱する方法などでも特に問題はない。
【0038】
次に、図10、図11を参照して、本発明の第4の実施形態にについて説明する。図10、図11は、本実施形態の構成を示す斜視図と自由度配置図である。医療用マニピュレータシステムは、医療用マニピュレータ1と医療用マニピュレータ1を固定部10に対し移動可能に支持する支持装置2とを備えている。
【0039】
支持装置2は、固定部10に対し水平方向に回転自在に支持された第1の回転制御軸101と、第1の回転制御軸101の出力軸側に固定された第1アーム12と、第1アーム12の先端部13に水平方向に回転自在に支持された第2の回転制御軸102と、第2の回転制御軸102に対して直交方向すなわち鉛直方向に回転可能に支持された第3の回転制御軸103と、第3の回転制御軸103の出力軸側に固定された第2アーム14と、第2アーム14の先端部15に第2アーム14の長手方向が回転軸となるように回転自在に支持された第1の回転受動軸104と、第1の回転受動軸104に対して直交方向に回転自在に支持された第2の回転受動軸105と、第2の回転受動軸105に対して直交方向に回転自在に支持された第4の回転制御軸106と、を有する。
【0040】
なた、医療用マニピュレータ1は、一端側が第4の回転制御軸106の出力側に固定された連結部21と、連結部21の他端側に接続された作業部22と、を有する。
【0041】
本実施形態によると、前述の第三の実施例と同様に、重力補償するべき重量が少ないため、医療用マニピュレータシステムを軽量コンパクトにすることが容易で、かつ、動作範囲も広く取ることが可能である。
【0042】
また、本実施形態により、患者150の腹腔内で、作業部22の位置を任意に自動的に誘導することが可能になる。さらに、作業部22に少なくとも2自由度の回転軸を設けることで、作業部22の位置姿勢を任意に自動的に誘導することが可能になる。
【0043】
なお、上述の説明において、本発明におけるマニピュレータとして、医療用マニピュレータ1を例にとり説明したが、マニピュレータとしては医療用マニピュレータ1の代わりに内視鏡であってもよい。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成によれば、極座標系の機構で支持した場合に必要とする連結支持部を無くすることができ、連結部の挿入方向の動作範囲を広く取ることが可能になる。
【0045】
また、マニピュレータの重さに対し重さ均衡を図るための重力補償機構部を、支持装置の先端部側ではなく支持装置のアーム側ないし根元側に配置することが可能ななり、連結部の挿入方向の動作範囲を損なうことなく、より重力補償を簡単に行うことが可能になる。
【0046】
また、重力補償機構部による補償するべき質量を少なくすることができ、マニピュレータの回転半径も小さくでき、軽量コンパクトで慣性力の影響が少なく操作性に優れた支持装置を有する医療用マニピュレータシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による医療用マニピュレータシステムを示す概略斜視図。
【図2】本発明の第1の実施形態による医療用マニピュレータシステムの自由度配置を示す図。
【図3】本発明の第2の実施形態による医療用マニピュレータシステムを示す概略斜視図。
【図4】本発明の第2の実施形態による医療用マニピュレータシステムの自由度配置を示す図。
【図5】本発明の第3の実施形態による医療用マニピュレータシステムを示す概略斜視図。
【図6】本発明の第3の実施形態による医療用マニピュレータシステムの自由度配置を示す図。
【図7】本発明の第3の実施形態による医療用マニピュレータシステムを例にした手術時のイメージ図。
【図8】本発明の実施形態による医療用マニピュレータの一例を示す概略斜視図。
【図9】本発明の実施形態による医療用マニピュレータの例の自由度配置を示す斜視図。
【図10】本発明の第4の実施形態による医療用マニピュレータシステムを示す概略斜視図。
【図11】本発明の第4の実施形態による医療用マニピュレータシステムの自由度配置を示す図。
【図12】従来の腹腔鏡手術の様子を示す図。
【図13】本願発明者によりすでに提案されている医療用マニピュレータシステムを示す斜視図。
【図14】医療用マニピュレータを支持するための従来の支持機構を示す図。
【図15】医療用マニピュレータを支持するための従来の支持機構を示す図。
【図16】医療用マニピュレータを支持するための従来の支持機構を示す図。
【符号の説明】
1 医療用マニピュレータ
2 支持装置
12 第一アーム
14 第二アーム
16 カウンタウエイト
20 操作指令部
21 連結部
22 作業部
23 不動点
24 支持連結部
101 第1の関節軸
102 第2の関節軸
103 第3の関節軸
104 第4の関節軸
105 第5の関節軸
106 第6の関節軸
150 患者
160 医師[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a medical manipulator system, and more particularly to a medical manipulator system including a support device having a wide operating range, a simple mechanism, a light weight, and excellent operability.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in laparoscopic surgery such as cholecystectomy, as shown in FIG. 12, several
[0003]
The above-described laparoscopic surgery is an excellent surgical method in that the burden on the
[0004]
In order to solve such a problem, the present inventors, as shown in FIG. 13, an
[0005]
The configuration of the
[0006]
14 to 16 show a conventional support mechanism for supporting the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The connecting
[0008]
However, there is a problem that the operation range in the insertion direction is small. The range in which the
[0009]
Further, in order to improve the operability of the
[0010]
Further, in general, the linear motion shaft and the arc guide shaft have a large frictional force with respect to the rotation shaft and a large operation force when operated by an operator, so that the operability of the
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a medical manipulator system which solves the above-mentioned problems of the prior art, has a wide operation range, has a simple mechanism, is lightweight, and has excellent operability.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a medical manipulator system of the present invention is a medical manipulator system including a manipulator and a supporting device that movably supports the manipulator with respect to a fixed unit, wherein the manipulator is operated by an operation command. Part, a connecting part having one end connected to the operation command part, and a working part connected to the other end of the connecting part, wherein the support device extends from the fixed part to the manipulator. It has six joints having six degrees of freedom including a first joint axis, a second joint axis, a third joint axis, a fourth joint axis, a fifth joint axis, and a sixth joint axis. The fourth joint axis, the fifth joint axis, and the sixth joint axis intersect at one intersection, and the direction of the sixth joint axis coincides with the axial direction of the connecting portion. cage, wherein the intersection is located in the connecting portion The support device supports the manipulator at the intersection via the connecting portion, and the manipulator is supported by a trocar that is set at the affected part at a position where the connecting portion is between the intersection and the other end. To be used .
[0013]
The six joints include a first rotating shaft rotatably supported in the horizontal direction with respect to the fixed portion, a first arm fixed to an output shaft side of the first rotating shaft, a second rotary shaft rotatably supported in a horizontal direction to one arm end portion, and a third rotating shaft which is rotatably supported in a direction perpendicular to the second axis of rotation, the third A second arm fixed to the output shaft side of the rotating shaft, a fourth rotating shaft rotatably supported at the tip of the second arm such that the longitudinal direction of the second arm is the rotating shaft, A fifth rotating shaft rotatably supported in a direction orthogonal to the fourth rotating shaft; and a sixth rotating shaft rotatably supported in a direction orthogonal to the fifth rotating shaft. It is characterized by.
[0014]
Also, a gravity compensation mechanism for balancing the weight of the manipulator with respect to the weight of the manipulator is provided on the third rotating shaft, and the first arm is moved from the first rotating shaft side to the second rotating shaft side. It is characterized in that it is inclined upwards .
[0015]
In addition, the first joint axis, the second joint axis, and the third joint axis, or the first joint axis, the second joint axis, the third joint axis, and the sixth joint axis A torque control mechanism or a rotation braking mechanism is provided on the joint shaft.
[0016]
Also, a medical manipulator system including a manipulator and a supporting device movably supporting the manipulator with respect to a fixed portion, wherein the supporting device is supported by the first fixed portion so as to be rotatable in a horizontal direction. A rotation control shaft, a first arm fixed to the output shaft side of the first rotation control shaft, and a second rotation control shaft rotatably supported at the distal end of the first arm in a horizontal direction. A third rotation control shaft rotatably supported in a direction orthogonal to the second rotation control shaft, a second arm fixed to an output shaft side of the third rotation control shaft, A first rotary passive shaft rotatably supported at the distal end of the two arms such that the longitudinal direction of the second arm is the rotation axis; and a rotatable orthogonal to the first rotary passive shaft. A second rotating passive shaft supported; A fourth rotation control shaft rotatably supported in a direction orthogonal to the rotation passive shaft of the first rotation control shaft, wherein the manipulator has one end fixed to an output side of the fourth rotation control shaft. And a working part connected to the other end of the connecting part, wherein the first passive shaft, the second passive shaft, and the fourth rotation control shaft intersect at one intersection. The direction of the fourth rotation control axis and the axial direction of the connecting portion are coincident with each other, the intersection is located at the connecting portion, and the support device moves the manipulator at the intersection through the connecting portion. The manipulator is characterized in that the manipulator is used by being supported by a trocar set at the affected part at a position between the intersection and the other end .
[0017]
According to the present invention, the manipulator is not supported by the support mechanism having the polar coordinate system configuration, and does not employ a configuration in which the manipulator is supported around the axis in the insertion direction (linear motion) via the connecting support portion. Since it has six joints with six degrees of freedom from the fixed part to the manipulator, the operating range can be widened, and a configuration that facilitates gravity compensation is possible. The mechanism is simple, lightweight, and operable. Can be better.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The medical manipulator system of the present invention includes a medical manipulator and a support device that supports the medical manipulator movably with respect to a fixed part.
[0019]
FIG. 1 and FIG. 2 are a perspective view and a degree of freedom arrangement diagram showing a configuration of a medical manipulator system according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 3 and 4 are a perspective view and a degree of freedom arrangement diagram showing the configuration of the
[0020]
As shown in FIGS. 1 to 6, the medical manipulator system according to the first, second, and third embodiments of the present invention includes an
[0021]
In the first embodiment, the first
[0022]
According to the first, second and third embodiments of the present invention, the
[0023]
Since there is no connection support portion 24 (see FIG. 13) when supported by a polar coordinate system mechanism, the operation range of the
[0024]
In addition, since the counterweight 16 (not shown in FIG. 1) can be arranged not on the tip end side of the
[0025]
Further, the rotation axes of the fourth
[0026]
Next, a third embodiment will be specifically described.
As shown in FIGS. 5 and 6, the six joints of the
[0027]
In addition, the direction of the
[0028]
When supporting the
[0029]
On the other hand, according to the third embodiment, since it is moved up and down in the direction of gravity only through the third
[0030]
In the third embodiment, the
[0031]
Next, the configuration of the
[0032]
By arranging the center of gravity on the rotation axis around the
[0033]
Note that the axial configuration of the
[0034]
Further, the first to third
[0035]
Further, by controlling the first to third
[0036]
It is also possible to intentionally increase or decrease the operation force, and to control it arbitrarily.
[0037]
It is desirable that the
[0038]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 and FIG. 11 are a perspective view and a degree of freedom arrangement diagram showing the configuration of the present embodiment. The medical manipulator system includes a
[0039]
The
[0040]
In addition, the
[0041]
According to the present embodiment, similarly to the above-described third example, since the weight to be compensated for by gravity is small, it is easy to make the medical manipulator system lightweight and compact, and it is possible to take a wide operation range. It is.
[0042]
Further, according to the present embodiment, the position of the working
[0043]
In the above description, the
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the present invention, it is possible to eliminate the connection support portion required when supported by the mechanism of the polar coordinate system, and it is possible to widen the operation range in the insertion direction of the connection portion. become.
[0045]
In addition, a gravity compensation mechanism for balancing the weight of the manipulator can be arranged not on the tip end side of the support device but on the arm side or the base side of the support device. Gravity compensation can be performed more easily without impairing the operating range in the direction.
[0046]
In addition, a medical manipulator system having a supporting device that can reduce the mass to be compensated by the gravity compensation mechanism, can reduce the turning radius of the manipulator, is lightweight and compact, and is less affected by inertial force and excellent in operability. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a medical manipulator system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a degree of freedom arrangement of the medical manipulator system according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a medical manipulator system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a degree of freedom arrangement of a medical manipulator system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a medical manipulator system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a degree of freedom arrangement of a medical manipulator system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram of a medical manipulator system according to a third embodiment of the present invention at the time of surgery;
FIG. 8 is a schematic perspective view showing an example of a medical manipulator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing a degree of freedom arrangement of an example of the medical manipulator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a medical manipulator system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a degree of freedom arrangement of a medical manipulator system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a state of a conventional laparoscopic operation.
FIG. 13 is a perspective view showing a medical manipulator system already proposed by the present inventors.
FIG. 14 is a view showing a conventional support mechanism for supporting a medical manipulator.
FIG. 15 is a diagram showing a conventional support mechanism for supporting a medical manipulator.
FIG. 16 is a diagram showing a conventional support mechanism for supporting a medical manipulator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記マニピュレータは、
操作指令部と、
一端側が前記操作指令部に接続された連結部と、
前記連結部の他端側に接続された作業部と、を有し、
前記支持装置は、
前記固定部から前記マニピュレータに至る第1の関節軸と第2の関節軸と第3の関節軸と第4の関節軸と第5の関節軸と第6の関節軸からなる6個の自由度を備えた6関節部を有し、
前記第4の関節軸と前記第5の関節軸と前記第6の関節軸とは一つの交差点で交差し、前記第6の関節軸の方向と前記連結部の軸方向とは一致しており、
前記交差点は前記連結部に位置し、前記支持装置は前記交差点で前記マニピュレータを前記連結部を介して支持しており、
前記マニピュレータは、前記連結部が前記交差点と前記他端との間の位置において患部に設定されるトラカールに支持されて、使用される
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。A medical manipulator system including a manipulator and a support device that movably supports the manipulator with respect to a fixed unit,
The manipulator is
An operation command section;
A connection portion having one end connected to the operation command portion,
A working unit connected to the other end of the connecting unit,
The support device,
Six degrees of freedom consisting of a first joint axis, a second joint axis, a third joint axis, a fourth joint axis, a fifth joint axis, and a sixth joint axis from the fixed portion to the manipulator With 6 joints with
The fourth joint axis, the fifth joint axis, and the sixth joint axis intersect at one intersection, and the direction of the sixth joint axis coincides with the axial direction of the connecting portion. ,
The intersection is located at the connection, the support device supports the manipulator at the intersection via the connection,
The medical manipulator system , wherein the manipulator is used by being supported by a trocar set at an affected part at a position between the intersection and the other end of the manipulator.
前記固定部に対し水平方向に回転可能に支持された第1の回転軸と、
前記第1の回転軸の出力軸側に固定された第1アームと、
前記第1アーム先端部に水平方向に回転可能に支持された第2の回転軸と、
前記第2の回転軸に対して直交方向に回転可能に支持された第3の回転軸と、
前記第3の回転軸の出力軸側に固定された第2アームと、
前記第2アーム先端部に前記第2アーム長手方向が回転軸となるように回転可能に支持された第4の回転軸と、
前記第4の回転軸に対して直交方向に回転可能に支持された第5の回転軸と、
前記第5の回転軸に対して直交方向に回転可能に支持された第6の回転軸と
を備える
ことを特徴とする請求項1記載の医療用マニピュレータシステム。The six joints are
A first rotation shaft supported rotatably in the horizontal direction with respect to the fixed portion;
A first arm fixed to an output shaft side of the first rotation shaft;
A second rotation shaft supported rotatably in the horizontal direction at the tip of the first arm;
A third rotating shaft supported rotatably in a direction orthogonal to the second rotating shaft;
A second arm fixed to the output shaft side of the third rotation shaft;
A fourth rotation shaft rotatably supported at the tip of the second arm such that the second arm longitudinal direction is the rotation axis;
A fifth rotating shaft supported rotatably in a direction orthogonal to the fourth rotating shaft;
The medical manipulator system according to claim 1, further comprising: a sixth rotation shaft supported so as to be rotatable in a direction orthogonal to the fifth rotation shaft.
前記第1アームは前記第1の回転軸側から前記第2の回転軸側に向かって上方へ傾斜している
ことを特徴とする請求項2記載の医療用マニピュレータシステム。A gravity compensating mechanism for balancing the weight of the manipulator with respect to the weight of the manipulator is provided on the third rotating shaft,
The medical manipulator system according to claim 2, wherein the first arm is inclined upward from the first rotation shaft side toward the second rotation shaft side.
前記支持装置は、
前記固定部に対し水平方向に回転可能に支持された第1の回転制御軸と、
前記第1の回転制御軸の出力軸側に固定された第1アームと、
前記第1アームの先端部に水平方向に回転可能に支持された第2の回転制御軸と、
前記第2の回転制御軸に対して直交方向に回転可能に支持された第3の回転制御軸と、
前記第3の回転制御軸の出力軸側に固定された第2アームと、
前記第2アームの先端部に前記第2アームの長手方向が回転軸となるように回転可能に支持された第1の回転受動軸と、
前記第1の回転受動軸に対して直交方向に回転可能に支持された第2の回転受動軸と、
前記第2の回転受動軸に対して直交方向に回転可能に支持された第4の回転制御軸と、を有し、
前記マニピュレータは、
一端側が前記第4の回転制御軸の出力側に固定された連結部と、
前記連結部の他端側に接続された作業部と、を有し、
前記第1の受動軸と前記第2の受動軸と前記第4の回転制御軸とは一つの交差点で交差し、前記第4の回転制御軸の方向と前記連結部の軸方向とは一致しており、
前記交差点は前記連結部に位置し、前記支持装置は前記交差点で前記マニピュレータを前記連結部を介して支持しており、
前記マニピュレータは、前記連結部が前記交差点と前記他端との間の位置において患部に設定されるトラカールに支持されて、使用される
ことを特徴とする医療用マニピュレータシステム。A medical manipulator system including a manipulator and a support device that movably supports the manipulator with respect to a fixed unit,
The support device,
A first rotation control shaft supported rotatably in the horizontal direction with respect to the fixed portion;
A first arm fixed to an output shaft side of the first rotation control shaft;
A second rotation control shaft supported at the distal end of the first arm so as to be rotatable in a horizontal direction;
A third rotation control axis supported rotatably in a direction orthogonal to the second rotation control axis;
A second arm fixed to the output shaft side of the third rotation control shaft;
A first rotary passive shaft rotatably supported at a distal end of the second arm such that a longitudinal direction of the second arm is a rotation axis;
A second rotary passive shaft supported rotatably in a direction orthogonal to the first rotary passive shaft;
A fourth rotation control shaft supported rotatably in a direction orthogonal to the second rotation passive shaft,
The manipulator is
A connecting portion having one end fixed to the output side of the fourth rotation control shaft;
A working unit connected to the other end of the connecting unit,
The first passive axis, the second passive axis, and the fourth rotation control axis intersect at one intersection, and the direction of the fourth rotation control axis coincides with the axial direction of the connecting portion. And
The intersection is located at the connection, the support device supports the manipulator at the intersection via the connection,
The medical manipulator system , wherein the manipulator is used by being supported by a trocar set at an affected part at a position between the intersection and the other end of the manipulator.
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